W elektromagnetyzmu , nazywamy prąd kolej zamknięty obwód elektryczny , przez które przepływa prąd elektryczny . Najprostszym obwodem jest okrąg (zwany również pętlą ), dla którego ogólny ruch elektronów jest kołowy. W praktyce taki obrót można uzyskać za pomocą przewodu elektrycznego w postaci koła zasilanego z akumulatora elektrycznego . Zestaw zwojów prądowych ułożonych obok siebie stanowi cewkę elektryczną lub solenoid . Możemy również wziąć pod uwagę, że ruch elektronu wokół atomu jest kołowy, a zatem obrazowo odpowiada obrotowi prądu.
Głównym efektem okółka prądowego jest wytworzenie w jego pobliżu pola magnetycznego o stosunkowo złożonym kształcie. Ponieważ jednak wiele zjawisk fizycznych obejmuje tego typu zwoje, warto o tym wiedzieć. Na przykład umożliwia obliczenie pól magnetycznych wytwarzanych w solenoidzie lub w cewkach Helmholtza lub zrozumienie pojęcia dipola magnetycznego . We wszystkich przypadkach zjawisko to nigdy nie jest idealnie kołowe: jest ono modelowane przez pojęcie okółka prądu kołowego.
Oznaczymy przez R na promień cewki i ja prąd płynący przez nią. Chcemy obliczyć pole magnetyczne, utworzonego w punkcie M .
Zakładając, że prąd I nie zmienia się w czasie, problem sprawdza wtedy prawa magnetostatyki . Można zatem wyjaśnić ogólną właściwość: antysymetrie układu pozwalają wykazać, że pole nie ma składowych wzdłuż osi ; w rzeczywistości każda płaszczyzna zawierająca oś Oz jest płaszczyzną antysymetrii prądu, a zatem otrzymane pole jest zawarte w tej płaszczyźnie dla dowolnego punktu M tej płaszczyzny. W układzie współrzędnych ze współrzędnymi cylindrycznymi prowadzi to do następującego zapisu:
.Oś Oz będąca przecięciem płaszczyzn antysymetrycznych, pole M na Oz jest skierowane wzdłuż osi Oz zakrętu.
Pole pośrodku O iglicyPrawo Biot i Savarta jest stosunkowo prosty do zastosowania w środkowej O cewki. Rzeczywiście, wystarczy dodać wkład każdego małego elementu długości zwoju:
gdzie jest przenikalność magnetyczna próżni , ja natężenie prądu przepływającego przez zwój prądu, a R promień zwoju prądu.
Sumując każdy z tych wkładów, otrzymujemy:
.Można zauważyć, że pole to, jak można było przewidzieć, zwiększa się wraz ze wzrostem wartości prądu i zmniejszaniem się promienia cewki.
Na przykład, w przypadku prądu 0,1 A przechodzącą przez promień cewki 1 cm , daje pole magnetyczne o 10 -5 T . Aby zwiększyć tę wartość, prostą metodą jest wykonanie kilku zwojów przewodem elektrycznym: jest to zasada działania cewek i elektromagnesu .
Pole na osi cewkiAby uzyskać wartość pola na osi zakrętu w punkcie M np. OM = z , należy zastosować taką samą metodę jak w poprzednim akapicie, czyli dodać pola utworzone przez elementy iglicy. Ustawiając kąt przez ,
dzięki prawu Biota i Savarta uzyskujemy następujący wynik :
.Wyrażenie to pokazuje, że na osi obrotu, utworzone pola maleje wraz ze wzrostem odległości od osi O . Otrzymujemy relację, gdy z przed R staje się bardzo duże:
.W ten sposób znajdujemy kształt podobny do dipola magnetycznego .
Pole daleko od iglicyW tym przypadku znajdujemy wyrażenie otrzymane dla momentu magnetycznego dipola.
Znajdujemy wyrażenie oscylującego dipola magnetycznego .